Ósmosis en Tejidos Vegetales

¿Qué significa ósmosis en los tejidos vegetales?

Como cualquier célula con una membrana semipermeable, las Células vegetales pueden sufrir ósmosis, es decir, el intercambio de agua de una solución con baja concentración a otra con alta concentración de solutos.

Las células vegetales contienenparedes celulares rígidas hechas de celulosa. Esta estructura ayuda a mantener una característica denominada turgencia , que describe el estado celular de estar firme y erguida con agua. Esto es muy importante para estabilizar el tejido vegetal y evitar que se marchite. La turgencia sólo se consigue cuando las células vegetales se colocan en una solución hipotónica, ya que el agua se difunde en la célula por ósmosis. Cuando las moléculas de agua entran en la célula, ejercen presión contra la membrana celular, que se ve obligada a presionar contra la pared celular. Esto se denomina presión de turgencia o presión hidrostática. La célula vegetal parecerá hinchada y firme en estas condiciones.

Cuando se colocan en una solución hipertónica, las células vegetales sufrirán plasmólisis. Éste es el proceso por el que el agua sale de la célula por ósmosis, haciendo que el citoplasma se contraiga y se separe de la pared celular. Se dice que el aspecto de la célula vegetal es flácido.

Cuando se colocan en una solución isotónica, también se dice que las células vegetales están flácidas. No hay movimiento neto de moléculas de agua, por lo que las células no están turgentes ni han sufrido plasmólisis.

Como resultado de la ósmosis, las células vegetales funcionan mejor en entornos hipotónicos debido a su turgencia.

Fig. 1 - Estructura de las células vegetales en distintos tipos de solución

Al hablar de ósmosis, podemos utilizar la definición anterior -el movimiento del agua desde una zona de alta concentración a otra de baja concentración a través de una membrana semipermeable- u otra más compleja. En lugar de hablar de zonas de alta y baja concentración, podemos hablar de potencial hídrico. El agua pura tiene un potencial hídrico de 0, y cualquier otra solución tiene un potencial hídrico negativo. Cuanto más negativo sea el potencial hídrico de la solución, menos agua tendrá.

Fig. 2. Tipos de soluciones según la tonicidad y la dirección del flujo de agua a través de una membrana semipermeable.

La ósmosises un proceso pasivo, lo que significa que no requiere energía. La ósmosis no requiere energía porque movemos moléculas de una zona de alta concentración a otra de baja concentración: nos movemos con/hacia abajo del gradiente de concentración. Se necesita energía para transportar moléculas cuando nos movemos encontra del gradiente de concentración.

El movimiento del agua en las plantas desde una zona de potencial hídrico menos negativo a otra de potencial hídrico más negativo es esencial para las plantas. Esto ayuda a las plantas a absorber la humedad del suelo en la raíz y permite el transporte de agua hacia arriba por la planta a través de diversas vías. El agua es necesaria en la planta para sostener el tallo y enfriarlo en las hojas, entre otros procesos. ¡Ninguno de estos procesos vitales sería posible sin la ósmosis!

¿Cómo se produce la ósmosis en las plantas?

Vamos ahablar del proceso de ósmosis en las plantas en las distintas zonas de la planta donde se produce la ósmosis. La ósmosis se produce en toda la planta, así que empecemos por abajo.

En la raíz de la planta, el agua se absorbe del suelo a la planta. El suelo tiene un potencial hídrico menos negativoque la planta, por lo que el agua pasa de una zona de potencial hídrico menos negativo en el suelo a una zona de potencial hídrico más negativo en la raíz de la célula vegetal.

Aunque la ósmosis es un proceso pasivo , las células ciliadas de la raíz están estrechamente relacionadas con el transporte activo.

Cuando el agua ha pasado del suelo a la raíz de la planta, el gradiente de concentraciónse aplana en la célula ciliada de la raíz. Con un gradiente de concentración plano, no hay diferencia de potencial hídrico en el interior de la planta en comparación con el suelo circundante. Con esta falta de gradiente de concentración, el agua ya no se mueve en ninguna dirección. La planta dejaría de tener suministro de agua.

Paraevitar que esto ocurra, las células ciliadas de la raíz de la planta necesitan em parejar eltransporte activo con la ósmosis. Los iones sebombean constantemente desde una zona de baja concentración en el suelo a una zona de alta concentración en la raíz de la planta. Elbombeo de estos iones a la raíz de la planta disminuye el potencial hídrico de la raíz. Finalmente, el potencial hídrico de la planta se vuelve lo suficientemente negativo como para crear un gradiente de concentración que permite que se produzca de nuevo la ósmosis.

Fig. 3. Diagrama de transporte activo. Observa que las moléculas transportadas tienen una mayor concentración en el lado de la membrana al que se transportan, de ahí la necesidad de energía (ATP).

Ejemplos de ósmosis en las plantas

Entremos en más detalles sobre las soluciones hiper-, iso- e hipotónicas. El movimiento de entrada y salida de agua de las células vegetales cuando las colocamos en soluciones hipertónicas o hipotónicas es un ejemplo de ósmosis.

Empecemos por colocar una célula vegetal en una solución hipertónica. Cuando esto ocurra, el agua se desplazará desde una zona de signo menos negativo de la célulavegetal a una zona de potencial hídrico más negativo en la célula circundante por ósmosis. El agua que sale de la planta provoca un cambio en la forma de la planta, provocando suflacidez. Si la planta sigue perdiendo agua por ósmosis, seplasmoilizará. Este nivel de pérdida de agua es irreversible y causará graves daños a la planta, ya que, como hemos mencionado anteriormente, la planta necesita agua para su sustento y para otros muchos procesos. ¡Exploraremos la importancia de la ósmosis en las plantas en la sección siguiente!

Supongamos que colocamos una cél ula vegetal en unasolución hipotónica. En ese caso, el agua pasará de una zona de potencial hídrico menos negativo en la solución circundante a una zona de potencial hídrico más negativo en la célulavegetal. A medida que el agua entra en la célula vegetal por ósmosis, la célula vegetal se vuelve turgente. Esto proporcionasoporte a la célula vegetal. Sin embargo, si entrara demasiada agua, la célula vegetal podría reventar, lo que se conoce como lisis celular. La presencia de una pared celular en las células vegetales ayuda a evitar que esto ocurra.

Si colocamos la célula vegetal en una solución isotónica, no habrá movimiento neto de agua hacia dentro o hacia fuera de la célula vegetal. La solución que rodea a la célula vegetal tendrá unpotencial hídricosimilar , por lo que no habrá gradiente de concentración para que el agua descienda por ósmosis.

Fig. 4. El gradiente osmótico alrededor de una célula vegetal puede condicionar su forma y su salud, ya que el agua es esencial para las plantas.

Importancia de la ósmosis en las plantas

La ósmosis se produce en muchas zonas diferentes de la planta. El agua es esencialpara las plantas, y la ósmosis es el modo en que el agua se transporta alrededor de las plantas. Recapitulemos los usos importantes del agua en la planta;

• Laturgencia es el proceso de mantenimiento de la planta. Las células vegetales se vuelven turgentes cuando se llenan de agua. Esto puede ocurrir cuando colocamos las plantas en agua pura, ya que el agua pura pasará de la solución a la célula vegetal por ósmosis. Si colocamos células vegetales en una solución muy concentrada (con un potencial hídrico muy negativo), el agua saldría de la planta y pasaría a la solución circundante. Esto provocaría laplasmolisis de la planta.

• Fotosíntesis: ¿recuerdas su ecuación? El agua es un reactivo en el proceso de fotosíntesis, lo que significa que se consume en la reacción. Sin agua, la Fotosíntesis no podría realizarse y la planta acabaría muriendo. La ósmosis ayuda a transportar estas moléculas de agua de una zona a otra, permitiendo la fotosíntesis en la superficie superior de la hoja aunque el agua entre por la raíz de la planta.

  Consulta nuestros artículos sobre la fotosíntesis si necesitas recapitular el proceso.

• El agua es un medio de transporte: muchos iones y minerales, como el magnesio y el calcio, se transportan en el agua a través de la planta. Sin la ósmosis que mueve el agua de una zona de la planta a otra, estos nutrientes no estarían disponibles en toda la planta, y ésta acabaría muriendo. El agua también actúa como medio de transporte en los seres humanos, ¡ya que nuestra Sangre está hecha principalmente de agua!

  Puedes consultar nuestros artículos sobre las deficiencias de nutrientes en las plantas para obtener más información sobre cómo afectan a la planta.

• Latranspiración ayuda a mantener fresca la planta. La transpiración es la evaporación del agua de la superficie de las células de las hojas y su posterior difusión fuera de la planta. Esta evaporación del agua ayuda a mantener frescas las plantas. Es muy similar al proceso de sudoración en los seres humanos. La sudoración es la pérdida de agua a través de la piel y la evaporación de esta agua que luego enfría nuestra temperatura corporal.

Investigación de la ósmosis en las células vegetales

Hemos visto cómo funciona la ósmosis, así que ahora podemos realizar un experimento para investigar el proceso. Vamos a ver cómo podemos calcular el potencial hídrico dentro de las células de la patata utilizando diluciones de solución de sacarosa.

Lo que necesitarás es

• Una patata

• Un sacabocados

• Una balanza

• Agua destilada

• Solución de sacarosa

• Tubos de ebullición

• Baño de agua

1. Con el sacabocados, corta 6 trozos uniformes de patata de tamaño y superficie similares. Utiliza una toalla de papel para secar cada trozo.

2. Pesa cada trozo de patata.

3. Haz diluciones seriadas a partir de una solución de sacarosa 1M utilizando agua destilada. Utiliza concentraciones de 1,0, 0,8, 0,6, 0,4, 0,2 y 0,0M.

4. Añade 10 cm³ de cada solución de concentración de sacarosa a un tubo de ebullición y etiqueta cada tubo.

5. Añade un trozo de patata a cada tubo de ebullición, asegurándote de que cada trozo quede totalmente sumergido en la solución de sacarosa.

6. Coloca los tubos de ebullición en un baño de agua y déjalos durante 20 minutos.

7. Transcurridos 20 minutos, extrae los trozos de patata de cada tubo de ebullición. Utiliza papel de cocina para secar el exceso de solución de cada trozo de patata.

8. Pesa cada trozo de patata.

9. Calcula el cambio porcentual de masa de cada trozo de patata y su correspondiente solución de sacarosa.

El cambio porcentual de masa te indicará qué trozos de patata han ganado o perdido agua como resultado de la ósmosis. A partir de los datos registrados, podemos crear una curva de calib ración para calcular el potencial hídrico de los trozos de patata. Las curvas de calibración se utilizan para determinar una concentración desconocida comparándola con concentraciones estándar conocidas (curvas estándar).

Para crear tu curva de calibración, sigue estos pasos:

• Representa gráficamente el cambio porcentual de masa (eje Y) frente a la concentración de sacarosa (eje X).

• Dibuja una línea de mejor ajuste.

El punto en el que la línea de mejor ajuste cruza el eje X (intersección X) indica el potencial hídrico de tus trozos de patata. En este punto, no hay cambio de masa porque la concentración de sacarosa se considera isotónica respecto al potencial hídrico dentro de los trozos de patata.